CN112154088B - 用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法。特定实施例被配置为：接收与主车辆相关联的感知数据；使用感知数据来确定主车辆的状态以及在主车辆附近检测到的接近的车辆的状态；确定在与主车辆所在的车道相邻的道路车道中检测到的接近的车辆之间的安全区域内的第一目标位置；确定主车辆所在的车道中的第二目标位置；并且在将主车辆引导朝向主车辆所在的车道中的第二目标位置之后，生成车道变更轨迹，以将主车辆引导朝向相邻车道中的第一目标位置。

Description

用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利文件要求于2018年4月5日提交的美国专利申请No.15/946171的优先权，该No.15/946171专利申请是要求于2017年11月7日提交的美国专利申请No.15/805983的优先权的部分继续(CIP)专利申请，该No.15/805983专利申请是要求于2017年9月7日提交的美国专利申请No.15/698607的优先权的CIP专利申请。参考专利申请的全部公开被认为是本申请公开的一部分，并且通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
本专利文件总体上涉及用于轨迹规划、车道变更规划和控制、车辆控制系统和自主系统的工具(系统、装置、方法、计算机程序产品等)，并且更具体地但非限制性地，涉及用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法。
背景技术
自主车辆通常被配置为基于计算的驾驶路径来遵循轨迹。然而，当变量(诸如，障碍物)存在于驾驶路径上时，自主车辆必须执行控制操作，从而可以通过改变驾驶路径以避开障碍物来安全地驾驶车辆。
在相关技术中，通过将驾驶路径的空间信息(例如，坐标、方位角、曲率等)表示为针对运动距离的多项式或数学函数来确定自主车辆控制操作，以便避免静止的障碍物。然而，当在驾驶路径上存在动态障碍物时，根据现有技术的自主车辆可能无法准确地预测车辆是否将与动态障碍物碰撞。特别地，相关技术没有考虑自主车辆与其它动态车辆之间的相互作用。因此，常规的自主车辆控制系统不能准确地预测其它邻近的动态车辆的未来位置。结果，不能实现常规自主车辆的最佳行为。例如，邻近的动态障碍物的意外行为可能导致与常规自主车辆发生碰撞。
在自动车道变更操纵期间，常规自主车辆控制系统无法考虑其它邻近的动态车辆的位置、速度和加速度尤其成问题。在没有准确确定邻近的动态车辆的情形的情况下，无法执行安全舒适的自动车道变更操纵。
发明内容
本文公开了用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法。具体地，本公开涉及使用一种系统和方法的自动车道变更控制，该系统和方法考虑在自主控制(例如，主车辆)的车辆附近的其它邻近的动态车辆的位置、方位、速度和加速度。在一个方面中，本文的系统可以包括：各种传感器，被配置为收集感知数据；计算设备；以及车道变更控制模块，用于生成车道变更轨迹，以使主车辆能够在存在主自主车辆附近(或接近于主自主车辆)的其它车辆和/或动态对象的情况下执行安全以及舒适的车道变更操纵。最初，计算设备使用感知数据来确定主车辆的当前状态以及在主车辆面前或主车辆附近的邻近的车辆的状态。使用主车辆和邻近的车辆的确定的车辆状态，车道变更控制模块可以被配置为基于车辆的当前位置、方位、速度和加速度，使用状态预测模型来预测在未来的给定时间点处的车辆的定位。车道变更控制模块还可以被配置为基于预先配置并且可修改的参数或参数集合来定义每个车辆周围的安全距离。安全距离参数可以被用于指定每个车辆周围不允许其它车辆侵入的区域。车道变更控制模块还可以被配置为确定在与主车辆当前所在的车道相邻的道路车道中检测到的邻近的车辆之间的安全区。车道变更控制模块还可以被配置为确定安全区内的第一目标位置。主车辆的车道变更控制模块还可以被配置为确定在主车辆当前所在的车道相同的车道中的第二目标位置。在示例实施例中，车道变更控制模块可以被配置为使得主车辆在两个阶段中执行车道变更操纵：1)纵向定位阶段或转弯前阶段，以将主车辆正确地定位在当前车道的第二目标位置，以执行向左或向右转向操纵，以及2)横向转向阶段，在该横向转向阶段期间，主车辆被控制以执行向左或向右转向操作，以将主车辆从当前车道中的第二目标位置引导至相邻车道中的第一目标位置。在纵向定位阶段或转弯前阶段中，可以生成第一阶段轨迹以将主车辆引导朝向当前车道中的第二目标位置。在横向转向阶段中，可以生成第二阶段轨迹以将主车辆引导朝向相邻车道中的第一目标位置。在示例实施例中，第一阶段轨迹和第二阶段轨迹通常可以被表示为车道变更轨迹。本文更详细地描述示例实施例的车道变更控制模块的这两个操作阶段。
附图说明
在附图的图中以示例而非限制的方式图示了各种实施例，其中：
图1图示了示例生态系统的框图，在该示例生态系统中可以实现示例实施例的车道变更控制模块；
图2图示了车道变更轨迹规划系统的部件和其中的车道变更控制模块的示例实施例；
图3和图4图示了由示例实施例的系统和方法执行的用于自主车辆的自动车道变更控制的处理的示例；
图5是图示了用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法的示例实施例的过程流程图；
图6是图示了用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法的另一个示例实施例的过程流程图；并且
图7以计算机系统的示例形式示出了机器的示意图，当在计算机系统内执行指令集合时可以导致机器执行本文所讨论的方法中的任何一个或多个方法。
具体实施方式
在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对各种实施例的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种实施例。
如在各个示例实施例中所述，本文描述了用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法。本文公开的示例实施例可以在图1所示的车辆生态系统101中的车载控制系统150的背景下使用。在一个示例实施例中，具有驻留在主车辆105中的车道变更控制模块200的车载控制系统150可以被配置为类似于图1所示的架构和生态系统101。然而，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以实现、配置本文中描述和要求保护的车道变更控制模块200，也可以在各种其它应用和系统中使用车道变更控制模块200。
现在参考图1，框图图示了示例生态系统101，在示例生态系统101中可以实现示例实施例的车载控制系统150以及车道变更控制模块200。在下面更详细地描述这些部件。生态系统101包括各种系统和部件，该系统和部件可以生成和/或传递信息/数据和相关的服务的一个或多个源到可以被安装在主车辆105中的车载控制系统150和车道变更控制模块200。例如，作为车辆子系统中的设备中的一个设备的、安装在车辆105中的摄像头可以生成可以由车载控制系统150接收的图像和定时数据或其它感知数据。车载控制系统150和在其中执行的图像处理模块可以接收该图像和定时数据输入。图像处理模块可以从图像和定时数据中提取对象数据，以识别车辆附近的对象。如下面更详细地描述的，车道变更控制模块200可以基于检测到的对象处理感知数据并且生成用于主车辆的车道变更轨迹。车道变更轨迹可以由自主车辆控制子系统使用，作为车辆子系统140的另一个子系统。例如，自主车辆控制子系统可以使用实时生成的车道变更轨迹来安全且有效地导航车辆105通过现实世界的驾驶环境，同时避开障碍物并且安全地控制车辆。
在本文描述的示例实施例中，车载控制系统150可以与多个车辆子系统140进行数据通信，所有车辆子系统都可以被驻留在用户的车辆105中。车辆子系统接口141被提供用于促进车载控制系统150与多个车辆子系统140之间的数据通信。车载控制系统150可以被配置为包括数据处理器171以执行用于处理从车辆子系统140中的一个或多个车辆子系统接收的对象数据的车道变更控制模块200。数据处理器171可以与数据存储设备172组合作为车载控制系统150中的计算系统170的一部分。数据存储设备172可以被用于存储数据、处理参数和数据处理指令。处理模块接口165可以被提供用于促进数据处理器171与车道变更控制模块200之间的数据通信。在各种示例实施例中，与车道变更控制模块200类似地配置的多个处理模块可以被提供用于由数据处理器171执行。如图1中的虚线所示，车道变更控制模块200可以被集成到车载控制系统150中，可选地被下载到车载控制系统150，或者可以与车载控制系统150分开布置。
车载控制系统150可以被配置为从广域网120和与其连接的网络资源122接收数据或向广域网120和与其连接的网络资源122发送数据。车载网络使能设备130和/或用户移动设备132可以被用于经由网络120通信。车载控制系统150可以使用网络使能的设备接口131来促进车载控制系统150与网络120之间的经由车载网络使能设备130的数据通信。类似地，车载控制系统150可以使用用户移动设备接口133以促进车载控制系统150与网络120之间的经由用户移动设备132的数据通信。以这种方式，车载控制系统150可以经由网络120获取对网络资源122的实时访问。网络资源122可以被用于获取用于由数据处理器171执行的处理模块、数据内容，以训练内部神经网络、系统参数或其它数据。
生态系统101可以包括广域数据网络120。网络120表示一个或多个常规广域数据网络，诸如因特网、蜂窝电话网络、卫星网络、寻呼机网络、无线广播网络、游戏网络、WiFi网络、对等网络、IP语音(VoIP)网络等。这些网络120中的一个或多个网络可以被用于将用户或客户端系统与网络资源122(诸如，网站、服务器、中央控制站等)连接。网络资源122可以生成和/或分配数据，可以在车辆105中经由车载网络使能设备130或用户移动设备132接收该数据。网络资源122还可以托管网络云服务，该网络云服务可以支持用于计算或协助处理对象输入或对象输入分析的功能。天线可用于经由蜂窝、卫星、无线电或其它常规信号接收机制将车载控制系统150和车道变更控制模块200与数据网络120连接。这种蜂窝数据网络当前可用(例如，VerizonTM,AT&TTM,T-MobileTM等)。这种基于卫星的数据或内容网络当前也可用(例如，SiriusXMTM,HughesNetTM等)。常规的广播网络，诸如AM/FM无线电网络、寻呼机网络、UHF网络、游戏网络、WiFi网络、对等网络、IP语音(VoIP)网络等也是众所周知的。因此，如下面更详细地描述的，车载控制系统150和车道变更控制模块200可以经由车载网络使能设备接口131接收基于网络的数据或内容，该数据或内容可以被用于连接车载网络使能设备接收器130和网络120。以这种方式，车载控制系统150和车道变更控制模块200可以支持来自车辆105内的各种可联网的车载设备和系统。
如图1所示，车载控制系统150和车道变更控制模块200还可以从用户移动设备132接收数据、对象处理控制参数和训练内容，用户移动设备132可以位于车辆105内或车辆105附近。用户移动设备132可以表示标准移动设备，诸如蜂窝电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、MP3播放器、平板计算设备(例如，iPadTM)、膝上式电脑、CD播放器和其它移动设备，该设备可以产生、接收和/或传递用于车载控制系统150和车道变更控制模块200的数据、对象处理控制参数和内容。如图1所示，移动设备132还可以与网络云120进行数据通信。移动设备132可以经由网络120从移动设备132的内部存储器部件或从网络资源122获取数据和内容。另外，移动设备132本身可以包括GPS数据接收器、加速度计、WiFi三角测量或移动设备中的其它地理定位传感器或部件，这可以被用于(经由移动设备)在任何时候确定用户的实时地理定位。在任何情况下，如图1所示，车载控制系统150和车道变更控制模块200可以从移动设备132接收数据。
仍然参考图1，生态系统101的示例实施例可以包括车辆操作子系统140。对于在车辆105中实现的实施例，许多标准车辆包括操作子系统，诸如电子控制单元(ECU)、支持用于发动机、制动器、变速器、电气系统、排放系统、内部环境等的监测/控制子系统。例如，经由车辆子系统接口141从车辆操作子系统140(例如，车辆105的ECU)传送到车载控制系统150的数据信号可以包括关于车辆105的部件或子系统的一个或多个部件或子系统的状态的信息。特别地，可以从车辆操作子系统140传送到车辆105的控制器局域网(CAN)总线的数据信号可以由车载控制系统150经由车辆子系统接口141接收和处理。本文描述的系统和方法的实施例可以与使用本文定义的CAN总线或类似的数据通信总线的基本上任何机械化系统一起使用，该机械化系统包括但不限于工业设备、船、卡车、机械或汽车；因此，本文使用的术语“车辆”可以包括任何这样的机械化系统。本文描述的系统和方法的实施例还可以与采用一些形式的网络数据通信的任何系统一起使用；然而，不需要这种网络通信。
仍然参考图1，生态系统101的示例实施例和其中的车辆操作子系统140可以包括各种车辆子系统以支持车辆105的操作。例如，通常，车辆105可以采用汽车、卡车、摩托车、公共汽车、船、飞机、直升机、割草机、推土机、雪地摩托、航空器、休闲车辆、游乐园车辆、农用设备、建筑设备、有轨电车、高尔夫球车、火车和无轨电车。其它车辆也是可能的。车辆105可以被配置为以自主模式完全或部分地操作。例如，车辆105可以在自主模式下进行自我控制，并且能够被操作以确定车辆的当前状态及其在其环境中的环境，确定在该环境的环境中的至少一辆其它车辆的预测行为，确定可能对应于至少另一辆其它车辆执行预测行为的可能性的置信度，并且基于确定的信息控制车辆105。当处于自主模式时，车辆105可以被配置为在没有人类交互的情况下操作。
车辆105可以包括各种车辆子系统，诸如车辆驱动子系统142、车辆传感器子系统144、车辆控制子系统146和乘员界面子系统148。如上所述，车辆105还可以包括车载控制系统150、计算系统170和车道变更控制模块200。车辆105可以包括更多或更少子系统，并且每个子系统可以包括多个元件。另外，车辆105的子系统和元件中的每个子系统和元件可以被互连。因此，车辆105的所描述的一个或多个功能中的一个或多个功能可以被划分为附加的功能或物理部件或者被组合为较少的功能或物理部件。在一些进一步的实施例中，可以将附加的功能和物理部件添加到图1所示的示例中。
车辆驱动子系统142可以包括可操作以为车辆105提供动力运动的部件。在示例实施例中，车辆驱动子系统142可以包括发动机或电动机、车轮/轮胎、变速器、电气子系统和功率源。发动机或电动机可以是内燃发动机、电动机、蒸汽发动机、燃料电池发动机、丙烷发动机或其它类型的发动机或电动机的任何组合。在一些示例实施例中，发动机可以被配置为将功率源转换为机械能。在一些示例实施例中，车辆驱动子系统142可以包括多种类型的发动机或电动机。例如，气电混合动力汽车可以包括汽油发动机和电动机。其它示例也是可能的。
车辆105的车轮可以是标准轮胎。例如，车辆105的车轮可以以各种形式(包括单轮车形式、自行车形式、三轮车形式或四轮形式)被配置在(诸如)汽车或卡车上。其它车轮几何形状是可能的，例如包括六个车轮或更多个车轮的那些几何形状。车辆105的车轮的任何组合可以可操作以相对于其它车轮不同地旋转。车轮可以表示至少一个固定地附接到变速器的车轮以及至少一个耦合到车轮的轮辋的轮胎，该轮辋可以与驱动表面接触。车轮可以包括金属和橡胶的组合，或材料的另一组合。变速器可以包括可操作以将机械动力从发动机传递至车轮的元件。为此，变速器可以包括齿轮箱、离合器、差速器和驱动轴。变速器也可以包括其它元件。驱动轴可以包括可以被耦合到一个或多个车轮的一个或多个轴。电气系统可以包括可操作以传输和控制车辆105中的电信号的元件。这些电信号可以被用于激活车辆105的灯、伺服、电动机和其它电驱动或受控的设备。功率源可以表示可以全部或部分为发动机或电动机供能的能源。即，发动机或电动机可以被配置为将功率源转换成机械能。功率源的示例包括汽油、柴油、其它基于石油的燃料、丙烷、其它基于压缩气体的燃料、乙醇、燃料电池、太阳能电池板、电池和其它功率源。功率源可以附加地或备选地包括燃料箱、电池、电容器或飞轮的任何组合。功率源也可以为车辆105的其它子系统提供能量。
车辆传感器子系统144可以包括多个传感器，多个传感器被配置为感测与车辆105的环境或状况有关的信息或感知数据。例如，车辆传感器子系统144可以包括惯性测量单元(IMU)、全球定位系统(GPS)收发器、RADAR单元、激光测距仪/LIDAR单元、以及一个或多个摄像头或图像捕获设备。车辆传感器子系统144还可以包括被配置为监测车辆105的内部系统的传感器(例如，O2监控器、燃油表、发动机油温)。其它传感器也是可能的。车辆传感器子系统144中包括的一个或多个传感器可以被配置为分别地或共同地被致动，以便修改一个或多个传感器的位置、定向或位置和定向两者。
IMU可以包括传感器(例如，加速度计和陀螺仪)的任何组合，该传感器被配置为基于惯性加速度来感测车辆105的位置和定向变化。GPS收发器可以是被配置为估计车辆105的地理定位的任何传感器。为此，GPS收发器可以包括可操作以提供关于车辆105相对于地球的位置的信息的接收器/发射器。RADAR单元可以表示利用无线电信号来感测车辆105的局部环境内的对象的系统。在一些实施例中，除了感测对象之外，RADAR单元可以附加地被配置为感测接近车辆105的对象的速度和方位。激光测距仪或LIDAR单元可以是被配置为使用激光感测车辆105所处的环境中的对象的任何传感器。在示例实施例中，激光测距仪/LIDAR单元可以包括一个或多个激光源、激光扫描仪和一个或多个检测器以及其它系统部件。激光测距仪/LIDAR单元可以被配置为以相干模式(例如，使用外差检测)或非相干检测模式操作。摄像头可以包括一个或多个设备，该设备被配置为捕获车辆105的环境的多个图像。摄像头可以是静止图像摄像头或运动视频摄像头。
车辆控制系统146可以被配置为控制车辆105及其部件的操作。因此，车辆控制系统146可以包括各种元件，诸如转向单元、油门、制动单元、导航单元和自主控制单元。
转向单元可以表示可操作用于调节车辆105的方位的机构的任何组合。例如，油门可以被配置为控制发动机的操作速度，并进而控制车辆105的速度。制动单元可以包括被配置为使车辆105减速的机构的任何组合。制动单元可以使用摩擦以标准方式使车轮减速。在其它实施例中，制动单元可以将车轮的动能转换为电流。制动单元也可以采用其它形式。导航单元可以是被配置为确定用于车辆105的行驶路径或路线的任何系统。导航单元可以附加地被配置为当车辆105运行时动态地更新行驶路径。在一些实施例中，导航单元可以被配置为合并来自车道变更控制模块200、GPS收发器和一个或多个预定地图的数据，以便确定用于车辆105的行驶路径。自主控制单元可以表示被配置为识别、评估、避免或以其它方式越过车辆105的环境中的潜在障碍物的控制系统。通常，自主控制单元可以被配置为在没有驾驶员的情况下控制车辆105进行操作或在控制车辆105时提供驾驶员辅助。在一些实施例中，自主控制单元可以被配置为合并来自车道变更控制模块200、GPS收发器、RADAR、LIDAR、摄像头和其它车辆子系统的数据，以确定用于车辆105的行驶路径或轨迹。车辆控制系统146可以附加地或备选地包括除了示出的和描述的那些部件之外的部件。
乘员界面子系统148可以被配置为允许车辆105与外部传感器、其它车辆、其它计算机系统和/或车辆105的乘员或用户之间的交互。例如，乘员界面子系统148可以包括标准视觉显示设备(例如，等离子显示器、液晶显示器(LCD)、触摸屏显示器、平视显示器等)、扬声器或其它音频输出设备、麦克风或其它音频输入设备、导航界面以及用于控制车辆105的内部环境(例如，温度、风扇等)的接口。
在示例实施例中，例如，乘员界面子系统148可以提供装置，该装置用于车辆105的用户/乘员与其它车辆子系统交互。视觉显示设备可以向车辆105的用户提供信息。用户界面设备还可以可操作以经由触摸屏接受来自用户的输入。触摸屏可以被配置为经由电容感测、电阻感测或表面声波过程以及其它可能来感测用户的手指的位置和移动中的至少一项。触摸屏可以有能力感测在与触摸屏表面平行或成平面的方向上、在正交于触摸屏表面的方向上或者在这两个方向上的手指运动，并且还有能力感测施加到触摸屏表面的压力水平。触摸屏可以由一个或多个半透明或透明的绝缘层和一个或多个半透明或透明的导电层形成。触摸屏也可以采用其它形式。
在其它情况下，乘员界面子系统148可以为车辆105提供与其环境内的设备进行通信的装置。麦克风可以被配置为从车辆105的用户接收音频(例如，语音命令或其它音频输入)。类似地，扬声器可以被配置为向车辆105的用户输出音频。在一个示例实施例中，乘员界面子系统148可以被配置为直接地或经由通信网络与一个或多个设备无线地通信。例如，无线通信系统可以使用3G蜂窝通信(诸如，CDMA、EVDO、GSM/GPRS)或4G蜂窝通信(诸如，WiMAX或LTE)。例如，备选地，无线通信系统可以使用与无线局域网络(WLAN)通信。例如，在一些实施例中，无线通信系统146可以使用红外链路、/>或直接地与设备通信。在本公开的上下文中，诸如各种车辆通信系统的其它无线协议也是可能的。例如，无线通信系统可以包括一个或多个专用短程通信(DSRC)设备，该设备可以包括车辆和/或路边站之间的公共或私有数据通信。
车辆105的许多或全部功能可以由计算系统170控制。计算系统170可以包括至少一个数据处理器171(该数据处理器可以包括至少一个微处理器)，数据处理器171执行存储在非暂时性计算机可读介质(诸如，数据存储设备172)中的处理指令。计算系统170还可以表示多个计算设备，计算设备可用于以分布式方式控制车辆105的各个部件或子系统。在一些实施例中，数据存储设备172可以包含能够由数据处理器171执行以执行包括本文结合附图所描述的那些功能的车辆105的各种功能的处理指令(例如，程序逻辑)。数据存储设备172还可以包含附加的指令，包括向车辆驱动子系统140、车辆传感器子系统144、车辆控制子系统146和乘员界面子系统148中的一个或多个子系统传输数据、从中接收数据、与之交互或控制的指令。
除了处理指令之外，数据存储设备172可以存储诸如对象处理参数、感知数据、道路地图和路径信息以及其它信息。车辆105和计算系统170可以在车辆105以自主、半自主和/或手动模式操作期间使用这种信息。
车辆105可以包括用于向车辆105的用户或乘员提供信息或从车辆105的用户或乘员接收输入的用户界面。用户界面可以控制或使能对可以在显示设备上显示的交互式图像的内容和布局的控制。此外，用户界面可以包括乘员界面子系统148的集合内的一个或多个输入/输出设备，诸如显示设备、扬声器、麦克风或无线通信系统。
计算系统170可以基于从各种车辆子系统(例如，车辆驱动子系统140、车辆传感器子系统144和车辆控制子系统146)以及从乘员界面子系统148接收的输入来控制车辆105的功能。例如，计算系统170可以使用来自车辆控制系统146的输入以便控制转向单元以避免由车辆传感器子系统144检测的障碍物并且遵循由车道变更控制模块200生成的路径或轨迹。在示例实施例中，计算系统170可操作用于提供对车辆105及其子系统的许多方面的控制。
尽管图1将车辆105的各种部件(例如，车辆子系统140、计算系统170、数据存储设备172和车道变更控制模块200)显示为被集成到车辆105中，但是这些部件中的一个或多个部件可以与车辆105分开地安装或相关联。例如，数据存储设备172可以与车辆105部分地或全部地分开存在。因此，车辆105可以以可以分开放置或一起放置的设备元件的形式而被提供。组成车辆105的设备元件可以以有线或无线的方式通信地耦合在一起。
另外，如上所述，可以通过车载控制系统150从本地源和/或远程源获取其它数据和/或内容(在本文中表示为辅助数据)。如本文所述，辅助数据可以被用于基于各种因素来扩展、修改或训练车道变更控制模块200的操作，这些因素包括用户操作车辆的环境(例如，车辆的定位、指定的目的地、行进的方向、速度、时刻、车辆的情形等)以及能够从本地和远程的各种源获取的各种其它数据。
在特定实施例中，车载控制系统150和车道变更控制模块200可以被实现为车辆105的车载部件。在各种示例实施例中，车载控制系统150和与车载控制系统150数据通信的车道变更控制模块200可以被实现为集成部件或单独的部件。在示例实施例中，可以通过经由网络120而使用与移动设备132和/或网络资源122的数据连接来动态地升级、修改和/或扩展车载控制系统150和/或车道变更控制模块200的软件部件。车载控制系统150可以周期性地向移动设备132或网络资源122查询更新或者可以将更新推送到车载控制系统150。
用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法
本文公开了用于自主车辆的自动车道变更控制的系统和方法。具体地，本公开涉及使用一种系统和方法的自动车道变更控制，该系统和方法考虑在自主控制的(例如，主)车辆附近的其它邻近的动态车辆的位置、方位、速度和加速度。在一个方面中，本文的系统可以包括：各种传感器，被配置为收集感知数据；计算设备；以及车道变更控制模块，用于生成车道变更轨迹，以使主车辆能够在存在主自主车辆附近(或接近于主自主车辆)的其他车辆和/或动态对象的情况下执行安全以及舒适的车道变更操纵。最初，计算设备使用感知数据来确定主车辆的当前状态以及在主车辆面前或附近检测的任何接近的车辆的状态。使用主车辆和接近的车辆的确定的车辆状态，车道变更控制模块可以被配置为基于车辆的当前位置、方位、速度和加速度，使用状态预测模型来预测在未来的给定时间点处的车辆的定位。车道变更控制模块还可以被配置为基于预先配置并且可修改的参数或参数集合来定义每个车辆周围的安全距离。安全距离参数可以被用于指定每个车辆周围的不允许其它车辆侵入的区域。车道变更控制模块还可以被配置为确定在与主车辆当前所在的车道相邻的道路车道中检测到的接近的车辆之间的安全区。车道变更控制模块还可以被配置为确定安全区内的第一目标位置。主车辆的车道变更控制模块还可以被配置为确定主车辆当前所在的相同的车道中的第二目标的位置。在示例实施例中，车道变更控制模块可以被配置为使得主车辆在两个阶段中执行车道变更操纵：1)纵向定位阶段或转弯前阶段，以将主车辆正确地定位在当前车道的第二目标位置，以执行向左或向右转向操纵，以及2)横向转向阶段，在该横向转向阶段期间，主车辆被控制以执行向左或向右转向操作，以将主车辆从当前车道中的第二目标位置引导至相邻车道中的第一目标位置。在纵向定位阶段或转弯前阶段中，可以生成第一阶段轨迹以将主车辆引导朝向当前车道中的第二目标位置。在横向转向阶段中，可以生成第二阶段轨迹以将主车辆引导朝向相邻车道中的第一目标位置。在示例实施例中，第一阶段轨迹和第二阶段轨迹通常可以被表示为车道变更轨迹。本文更详细地描述示例实施例的车道变更控制模块的这两个操作阶段。
现在参考图2，可以在用于自主车辆的车道变更轨迹规划系统202的背景下使用本文公开的示例实施例。在示例实施例中，车道变更轨迹规划系统202可以包括车道变更控制模块200(下面更详细地描述)。车道变更轨迹规划系统202可以被配置为包括数据处理器171，以执行用于处理从车辆子系统140的一个或多个子系统接收的输入感知数据210的车道变更控制模块200。数据处理器171可以与数据存储或存储器设备组合，作为车载控制系统150中的计算系统202的一部分。数据存储设备172可以被用于存储数据174，诸如处理或配置参数、车道变更轨迹数据、数据处理指令等。在各种示例实施例中，类似于车道变更控制模块200配置的多个处理模块可以被提供，以供数据处理器171执行。
在示例实施例中，车道变更控制模块200可以被配置为包括纵向定位模块173和横向转向模块175。如以下更详细地描述的，纵向定位模块173用于使能针对主车辆(例如，自主车辆)的第一阶段轨迹的生成。横向转向模块175用于使能针对主车辆的第二阶段轨迹的生成。总的来说，纵向定位模块173和横向转向模块175可以生成第一阶段轨迹和第二阶段轨迹，该轨迹可以被总体上表示为车道变更轨迹220，车道变更轨迹220被提供作为来自车道变更控制模块200的输出。可以基于从车辆传感器子系统144中的一个或多个车辆传感器子系统144接收的输入感知数据210生成车道变更轨迹220，车辆传感器子系统包括一个或多个摄像头，并且由图像处理模块处理以识别接近的代理(例如，移动的车辆、动态对象或主车辆附近的其它对象)。纵向定位模块173和横向转向模块175可以被配置为由车道变更轨迹规划系统202的数据处理器171执行的软件模块。车道变更控制模块200的模块173和175可以接收输入感知数据210并且产生车道变更轨迹220，其可以被车辆控制子系统146的自主控制子系统用来在车道变更操纵期间更有效且安全地控制主车辆105。作为其车道变更轨迹规划处理的一部分，纵向定位模块173和横向转向模块175可以被配置为与车道变更轨迹规划和配置参数174一起使用，这可以被用于自定义和微调车道变更控制模块200的操作。轨迹规划和配置参数174可以被存储在车道变更轨迹规划系统202的存储器172中。
再次参考图2，车道变更控制模块200以及其中的纵向定位模块173和横向转向模块175可以从包括一个或多个摄像头的车辆传感器子系统144中的一个或多个车辆传感器子系统144接收输入感知数据210。来自车辆传感器子系统144的图像数据可以由图像处理模块处理，以识别接近的代理或其它对象(例如，邻近车辆105的移动的车辆、动态对象或其它对象)。语义分段的过程可以被用于此目的。与所识别的接近的代理或其它检测到的对象有关的信息可以由车道变更控制模块200接收作为输入感知数据210。输入感知数据210可以包括多个感知数据，多个感知数据包括来自感知信息收集设备或传感器的阵列的感知数据或图像，感知信息收集设备或传感器可以包括图像生成设备(例如，摄像头)、通过辐射(激光)的激发发射的光放大设备、光检测和测距(LIDAR)设备、全球定位系统(GPS)设备、声音导航和测距(声呐)设备、无线电监测和测距(雷达)设备等。感知数据210可以包括交通或车辆图像数据、道路数据、道路车道标志数据、环境数据、来自LIDAR或雷达设备的距离数据和速度/加速度数据、以及从主车辆的感知信息收集设备接收的其它传感器信息。感知数据210可以包括数据，从该数据可以获取或计算在自主主车辆附近或接近于自主主车辆的相邻车辆的位置、方位、速度和加速度(例如，车辆状态或情形)。感知数据210还可以包括数据，从该数据可以获取或计算主车辆的位置、方位、速度和加速度(例如，车辆的状态或情形)。结果，可以获取、处理感知数据、车辆状态和环境数据以及其它可用信息，并且将上述信息用于构建用于输入到车道变更轨迹规划系统202的感知数据集210。备选地，收集的感知或传感器数据210可以被存储在主车辆的存储器设备中，并且随后被传送到车道变更轨迹规划系统202的数据处理器171。如本文更详细地描述的，由车辆传感器子系统收集或计算的感知或传感器数据210以及其它相关数据可以被用作到车道变更轨迹规划系统202的输入，并且由驻留在车辆105中的车道变更控制模块200处理。
在图2所示的示例实施例中，车道变更控制模块200、纵向定位模块173和横向转向模块175以及为清楚起见未示出的其它处理模块，可以被实现为在车道变更控制模块200的可执行环境中执行或激活的软件、固件或其它逻辑部件，车道变更控制模块20在车载控制系统150内或与车载控制系统150进行数据通信。下面结合本文提供的附图更详细地描述示例实施例的这些模块中的每个模块。
现在参考图3和图4，示例图示了由用于自主车辆的自动车道变更控制的示例实施例的系统和方法执行的处理。具体地，示出的示例涉及使用由如上所述的车道变更控制模块200的示例实施例实现的系统和方法的自动车道变更控制。特别地，示例实施例的车道变更控制模块200可以被配置为获取和考虑在自主控制的(例如，主)车辆附近的其它接近的动态车辆的位置、速度和加速度(例如，车辆状态或情形)。示例实施例的车道变更控制模块200还可以被配置为也获取和考虑主车辆的位置、速度和加速度(例如，车辆状态或情形)。在如上所述的一个方面中，示例实施例可以包括：各种传感器，被配置为收集感知数据210；计算设备171；以及用于生成车道变更轨迹220的车道变更控制模块200，以使主车辆能够在存在主自主车辆附近(或接近于主自主车辆)的其它车辆和/或动态对象的情况下执行安全舒适的车道变更操纵。
首先，示例实施例使用感知数据210来确定主车辆的当前状态以及在主车辆的面前检测到的任何接近的车辆的状态。车辆状态可以包括每个车辆的当前位置/定位和定向以及包括每个车辆的速度和加速度的相关导数。还可以为每个车辆确定加速度或加加速度的导数。车辆的位置/定位可以被表示为x,y坐标、地理坐标(例如，纬度/经度)、极坐标、或位置表示的其它常规形式。车辆的位置/定位还可以相对于另一个检测到的车辆或主车辆的位置/定位来表示。类似地，速度和/或加速度可以被表示为相对于其它车辆速度和/或加速度的绝对值或值。
如在图3和图4的示例中所示，使用主车辆VA和接近的车辆(V1、V2和V3)的确定的车辆状态，车道变更控制模块200可以被配置为基于车辆的当前位置、方位、速度和加速度使用状态预测模型来预测在未来的给定时间点处的车辆的定位。在一个实施例中，车道变更控制模块200可以在给定的时间段内基于来自使用车辆中的每个车辆的方位、速度和加速度的当前位置的线性外推来预测车辆中的每个车辆的未来定位。在另一个实施例中，如所参考的，在2017年11月7日提交的在相关的美国专利申请No.15/805983中描述的，可以使用启发式和/或训练的机器学习模型来预测接近的车辆的行为。给定接近的车辆中的每个车辆的预测行为和相关的预测轨迹和/或位置，车道变更控制模块200可以在给定的时间段内基于车辆的预测的轨迹预测车辆中的每个车辆的未来位置/定位。结果，车道变更控制模块200可以被配置为在给定的时间点处确定主车辆VA和检测到的接近的车辆(V1、V2和V3)中的每个接近的车辆的未来位置、方位、速度和加速度。
车道变更控制模块200还可以被配置为基于预配置和可修改的参数或参数集合来定义每个车辆周围的安全距离SD。安全距离SD参数可以是所有车辆共用的，也可以是特定车辆专用的。安全距离SD参数还可以与在特定环境中的车辆(诸如，加速/减速车辆、定位在主车辆VA之前、附近或之后的车辆、特定类型的车辆、在特定天气或环境条件中运行的车辆等)相关联。安全距离SD参数可以被用于指定每个车辆周围不允许其它车辆侵入的区域。
给定主车辆VA和检测到的接近的车辆(V1、V2和V3)中的每个接近的车辆在给定时间点处的未来的位置、方位、速度和加速度以及与每个车辆相关联的安全距离SD参数，车道变更控制模块200可以被配置为确定在与主车辆VA所在或操作的车道相邻的道路车道中检测到的接近的车辆(V1与V2)之间的安全区域SZ。相邻车道可以是主车辆VA所在或操作的车道左侧或右侧的车道。安全区域SZ可以由在相邻车道中距前方接近的车辆V1的安全距离SD以及距随后接近的车辆V2的安全距离SD界定。已知用于自动检测道路上的当前车道或相邻车道的车道边界的技术。安全区域SZ可以被定义为在相邻车道中的车道边界之间的区域，该车道边界的一端以距前方相邻接近的车辆V1的安全距离SD为边界，并且车道边界的另一端以距随后的相邻接近的车辆V2的安全距离SD为边界。再次，所确定的安全区域SZ可以与主车辆VA所在或操作的车道左侧或右侧的相邻车道相关联。
一旦确定了在与主车辆VA相邻的道路车道中检测到的接近的车辆V1与V2之间的安全区域SZ，则车道变更控制模块200可以被配置为确定如在图3和图4中所示的安全区域SZ内的第一目标位置TP1。在一个实施例中，第一目标位置TP1可以被定义为安全区域SZ的中心点。在其它实施例中，第一目标位置TP1可以被定义为安全区域SZ中的点，并且相对于主车辆VA或接近的车辆V1或V2的环境定位。在任何情况下，第一目标位置TP1对应于主车辆VA可以被引导以完成安全的车道变更操纵的相邻车道中的定位。因为第一目标位置TP1在确定的安全区域SZ内，所以第一目标位置TP1将与在相邻车道中检测到的接近的车辆V1和V2的位置/定位充分分离。如上所述，第一目标位置TP1可以被表示为x,y坐标、地理坐标(例如，纬度/经度)、极坐标或位置表示的其它常规形式。第一目标位置TP1还可以被表示为相对于其它检测到的车辆V1或V2或主车辆VA的位置/定位。假设接近的车辆V1和V2以及主车辆VA不断地运动，则可以以适应车辆运动的方式来表示第一目标位置TP1。
在确定了相邻车道中的安全区域SZ内的第一目标位置TP1之后，主车辆VA的车道变更控制模块200可以被配置为确定与图4中所示的主车辆VA当前所在的相同的车道中的第二目标位置TP2。第二目标位置TP2是主车辆VA当前车道中的定位，主车辆VA可以从该定位开始向左或向右转弯操纵以安全并且舒适地将主车辆VA驶向相邻车道中的第一目标位置TP1。一旦如上所述确定了第一目标位置和第二目标位置(TP1和TP2)，示例实施例的车道变更控制模块200可以生成一个或多个轨迹以将主车辆VA导航到相邻车道中的第一目标位置TP1。在示例实施例中，车道变更控制模块200可以导致主车辆VA在两个阶段中执行车道变更操纵：1)纵向定位阶段或转弯前阶段，以将主车辆VA适当地定位在当前车道中，以执行向左或向右转弯操纵，以及2)横向转向阶段，在横向转向阶段期间主车辆VA被控制以执行向左或向右转向操作，以将主车辆VA导向相邻车道中的第一目标位置TP1。在下面更详细地描述车道变更控制模块200的这两个操作阶段。
在如上所述的示例实施例中，车道变更控制模块200可以被配置为包括纵向定位模块173和横向转向模块175。纵向定位模块173用于使能用于主车辆VA的第一阶段轨迹的生成，以将主车辆VA从其当前位置引导朝向主车辆VA当前所在的相同车道中的第二目标位置TP2。横向转向模块175用于使能用于主车辆VA的第二阶段轨迹的生成，以将主车辆VA从第二目标位置TP2引导朝向位于与主车辆当前所在的车道相邻车道中的安全区域SZ中的第一目标位置TP1。总的来说，纵向定位模块173和横向转向模块175可以生成第一阶段轨迹和第二阶段轨迹，其可以总体上被表示为车道变更轨迹220，车道变更轨迹220被提供为来自车道变更控制模块200的输出。在示例实施例的车道变更操纵的第一阶段(例如，纵向定位阶段或转弯前阶段)的一些情况下，第二目标位置TP2可以在主车辆VA的当前位置之前或之后的一些距离。在这种情况下，可以由车道变更控制模块200的纵向定位模块173生成第一阶段轨迹，以导致主车辆VA拦截在当前车道中的第二目标位置TP2。第一阶段轨迹可以包括速度改变命令，以在主车辆VA接近第二目标位置TP2时导致主车辆VA加速或减速。在其它情况下，第二目标位置TP2可以对应于主车辆VA的当前位置。在这种情况下，主车辆VA可以立即开始向左或向右转弯操纵，以安全并且舒适地将主车辆VA向相邻车道中的第一目标位置TP1合并。在这种情况下，第一阶段轨迹基本上为零。
在示例实施例的车道变更操纵的第二阶段(例如，横向转向阶段)中，主车辆VA可以由横向转向模块175控制以开始向左或向右转向操纵，以导致主车辆VA从当前车道中的第二目标位置TP2拦截相邻车道中的第一目标位置TP1。在第二阶段中，车道变更控制模块200的横向转向模块175可以生成第二阶段轨迹，以导致主车辆VA从第二目标位置TP2拦截相邻车道中的第一目标位置TP1。通常，一旦主车辆VA到达第二目标位置TP2，就开始第二阶段轨迹。第二阶段轨迹可以包括速度改变命令，以当主车辆VA接近第一目标位置TP1时导致主车辆VA加速或减速。在各个实施例中，第一阶段轨迹和第二阶段轨迹可以被集成到单个主车辆VA轨迹或车道变更轨迹220中，该单个主车辆VA轨迹或车道变更轨迹220从其当前位置引导主车辆VA以拦截相邻车道中的第一目标位置TP1。
在各个示例实施例中，车道变更控制模块200可以使用几种方法中的一个或多个方法来生成第一阶段轨迹和第二阶段轨迹。如上所述，主车辆VA的状态和接近的车辆(V1、V2和V3)的状态可以包括每个车辆的当前位置/定位和方位以及包括每个车辆的速度和加速度的相关导数。另外，可以在运行中或离线时生成主车辆VA的外部速度曲线并且保留该外部速度曲线，以当执行车道变更操纵时对特定车辆的速度曲线或性能特性进行建模。如下所述，可以由各种方法中的任何一种方法使用车辆状态信息、主车辆速度曲线信息、第一目标位置TP1(例如，目标终点位置)和第二目标位置TP2，以生成第一阶段轨迹和第二阶段轨迹。
在一个示例实施例中，如上所述，车道变更控制模块200可以获取车辆状态信息、主车辆速度曲线信息和第一目标位置TP1(例如，目标终点位置)。在该示例实施例中，车道变更控制模块200可以生成或拟合杜宾曲线作为主车辆从主车辆的当前位置到相邻车道中的第一目标位置TP1(例如，目标终点位置)的轨迹。众所周知，术语“杜宾曲线”或“路径”通常是指将二维欧几里得平面(即，x-y平面)中的两个点连接在一起的最短曲线，该曲线对路径的曲率有约束，并且对路径具有规定的初始和终点切线，并且假设行驶路径的车辆只能向前行驶。最初，车道变更控制模块200可以获取或确定杜宾参数的初始集合(a，t0，t1)，其中a表示对路径的曲率或杜宾车辆最小转弯半径的约束，t0指定当杜宾曲线开始时的起始时间，t1指定当杜宾曲线结束时的时间。可以从车辆状态信息、主车辆速度曲线信息和目标终点位置确定杜宾参数的初始集合。杜宾参数的集合为轨迹生成提供了一定程度的灵活性，以避免碰撞并且适应具有不同轮廓的各种类型的车辆。
车道变更控制模块200可以通过使用杜宾参数的当前集合(a，t0，t1)拟合杜宾曲线来开始循环。车道变更控制模块200可以对杜宾曲线进行评分并确定与杜宾参数的当前集合(a，t0，t1)相对应的杜宾曲线的斜率。车道变更控制模块200可以将杜宾曲线的斜率与车辆的外部速度曲线进行比较，以确定杜宾路径的曲率是否在车辆的轮廓内，以及是否可能检测到任何由于杜宾路径的执行而导致的碰撞。如果由于评分或斜率，使用杜宾参数的当前集合的杜宾曲线拟合不可接受，则车道变更控制模块200可以根据先前评分和斜率更新杜宾参数集合，并且重复上述循环直到生成的杜宾曲线的评分和斜率在可接受的参数内。一旦生成可接受的杜宾曲线，就可以将杜宾曲线用作第一阶段轨迹和第二阶段轨迹。由车道变更控制模块200生成的第一阶段轨迹和第二阶段轨迹可以由主车辆VA的较低级部件用来对一系列参考点进行采样，以进行轨迹跟踪并且控制主车辆VA拦截参考点，从而拦截相邻车道中的第一目标位置TP1。
在另一个示例实施例中，如上所述，车道变更控制模块200可以获取车道状态信息、主车辆速度曲线信息和第一目标位置TP1(例如，目标终点位置)。在该示例实施例中，车道变更控制模块200可以通过拟合样条曲线来生成第一阶段轨迹和第二阶段轨迹。众所周知，样条曲线是指分段多项式参数曲线。样条曲线可以被用于估算从主车辆当前位置到第一目标位置TP1(例如，目标终点位置)的弯曲轨迹。由该示例实施例生成的样条曲线可以被用作第一阶段轨迹和第二阶段轨迹。由车道变更控制模块200生成的第一阶段轨迹和第二阶段轨迹可以由主车辆VA的较低级部件用来对一系列参考点进行采样，以进行轨迹跟踪并且控制主车辆VA拦截参考点，从而拦截相邻车道中的第一目标位置TP1。
在又一示例实施例中，车道变更控制模块200可以拟合分段线性速度轨迹函数，该分段线性速度轨迹函数可以被配置为满足初始主车辆VA状态的限制、接近的车辆(V1、V2和V3)的初始状态的限制、主车辆VA的目标状态的限制和对各种成本函数(例如，时间、燃油消耗等)进行可选优化的主车辆VA的控制器的配置的限制。在特定实施例中，可以使用两个均匀的加速度值来实现分段线性速度轨迹功能，每个均匀加速度值用于第一阶段轨迹和第二阶段轨迹。如上所述，分段线性速度轨迹函数的一个输入可以是时间t。分段线性速度轨迹函数的输出可以是主车辆VA在时间t处的期望的状态。如上所述，主车辆VA的状态和接近的车辆(V1、V2和V3)的状态可以包括每个车辆的当前位置/定位和方位以及包括每个车辆的速度和加速度的相关导数。由分段线性速度轨迹函数生成的第一阶段轨迹和第二阶段轨迹可以由主车辆VA的较低级部件用来对一系列参考点进行采样，以进行轨迹跟踪并且控制主车辆VA拦截参考点。可以考虑使用分段线性速度轨迹函数，以通过第一阶段轨迹和第二阶段轨迹产生与主车辆VA的运动相关联的更高水平的加加速度。这样，分段线性速度轨迹函数的使用对于主车辆VA乘客可能产生较不舒适和较不平缓的乘坐体验。但是，使用分段线性速度轨迹函数可以更快地生成第一阶段轨迹和第二阶段轨迹，因此可能需要更少的计算能力和/或处理时间。
现在参考图5，流程图图示了用于为自主车辆提供车道变更轨迹规划的系统和方法600的示例实施例。示例实施例可以被配置为：接收与主车辆相关联的感知数据(处理框501)；使用感知数据来确定主车辆的状态以及在主车辆附近检测到的一个或多个接近的车辆的状态(处理框503)；确定在与主车辆所在的车道相邻的道路车道中检测到的一个或多个接近的车辆之间的安全区域内的第一目标位置(处理框505)；并且生成车道变更轨迹以将主车辆引导朝向相邻车道中的第一目标位置(处理框507)。
现在参考图6，流程图图示了用于为自主车辆提供车道变更轨迹规划的系统和方法600的另一个示例实施例。该示例实施例可以被配置为：接收与主车辆相关联的感知数据(处理框601)；使用感知数据来确定主车辆的状态和在主车辆附近检测到的接近的车辆的状态(处理框603)；确定在与主车辆所在的车道相邻的道路车道中检测到的接近的车辆之间的安全区域内的第一目标位置(处理框605)；确定主车辆所在的车道中的第二目标位置(处理框607)；并且在将主车辆引导朝向主车辆所在的车道中的第二目标位置之后，生成车道变更轨迹以将主车辆引导朝向相邻车道中的第一目标位置(处理框609)。
如本文所使用而且除非另外指明，否则术语“移动设备”包括能够与车载控制系统150和/或本文描述的车道变更控制模块200通信的任何计算设备或通信设备，以获取对经由任何数据通信模式传递的数据信号、消息或内容的读取或写入访问。在许多情况下，移动设备130是手持式便携式设备，诸如智能电话、移动电话、蜂窝电话、平板计算机、膝上式计算机、显示寻呼机、射频(RF)设备、红外(IR)设备、全球定位设备(GPS)、个人数字助理(PDA)、手持计算机、可穿戴计算机、便携式游戏机、其它移动通信和/或计算设备、或组合一个或多个前述设备的集成设备等。另外，移动设备130可以是计算设备、个人计算机(PC)、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子设备、网络PC、诊断设备、由车辆制造商或服务技术人员操作的系统等，并且不限于便携式设备。移动设备130可以以各种数据格式中的任何一种数据格式来接收和处理数据。数据格式可以包括或被配置为以任何编程格式、协议或语言(包括但不限于JavaScript、C++、iOS、Android等)进行操作。
如本文所使用并且除非另外指明，否则术语“网络资源”包括能够与车载控制系统150和/或本文描述的车道变更控制模块200通信的任何设备、系统或服务，以获取对经由任何进程间或联网的数据通信的模式传递的数据信号、消息或内容的读取或写入访问。在许多情况下，网络资源122是数据网络可访问的计算平台，包括客户端或服务器计算机、网站、移动设备、点对点(P2P)网络节点等。另外，网络资源122可以是网络装置、网络路由器、交换机、网桥、网关、诊断设备、由车辆制造商或服务技术人员操作的系统、或能够(顺序的或以其他方式)执行指定由该机器要执行的操作的指令集合的任何机器。此外，尽管仅图示了单个机器，但是术语“机器”也可以被理解为包括机器的任何集合，这些机器单独地或共同地执行指令集合(或多个指令集合)以执行本文讨论的方法中的任何一个或多个方法。网络资源122可以包括网络可传输数字内容的各种提供者或处理器中的任何一个提供者或处理器。通常，采用的文件格式是可扩展标记语言(XML)，但是，各种实施例不限于此，并且可以使用其它文件格式。例如，各种实施例可以支持除超文本标记语言(HTML)/XML之外的数据格式或除开放/标准数据格式之外的格式。任何电子文件格式，诸如可移植文档格式(PDF)、音频(例如，动态影像专家压缩标准音频层面3——MP3等)、视频(例如，MP4等)、以及由特定内容网站定义的任何专有交换格式。
与网络资源122一起使用的广域数据网络120(也称为网络云)可以被配置为将一个计算或通信设备与另一个计算或通信设备耦合。网络可以被使能以采用用于将信息从一个电子设备传送到另一个电子设备的任何形式的计算机可读数据或介质。除了其它广域网(WAN)、蜂窝电话网络、城域网、局域网(LAN)、其它分组交换网络、电路交换网络、直接数据连接之外，网络120还可以包括互联网，诸如通过通用串行总线(USB)或因特网端口，其它形式的计算机可读介质或其任意组合。除了其它广域网(WAN)、蜂窝电话网络、卫星网络、空中广播网络、AM/FM无线电网络、寻呼机网络、UHF网络、其它广播网络、游戏网络、WiFi网络、点对点网络、IP语音(VoIP)网络、城域网、局域网(LAN)、其它分组交换网络、电路交换网络、直接数据连接之外，网络120还可以包括互联网，诸如通过通用串行总线(USB)或因特网端口，其它形式的计算机可读介质或其任意组合。在包括基于不同架构和协议的那些网络的互连的网络集合上，路由器或网关可以充当网络之间的链路，从而使能消息在不同的网络上的计算设备之间发送。而且，网络内的通信链路通常可以包括双绞线电缆、USB、火线、因特网或同轴电缆，而网络之间的通信链路可以利用模拟或数字电话线、包括T1、T2、T3和T4的全部或部分专用数字线路、综合业务数字网(ISDN)、数字用户线路(DSL)、包括卫星链路、蜂窝电话链路的无线链路或本领域普通技术人员已知的其它通信链路。此外，远程计算机和其它相关的电子设备可以经由调制解调器和临时电话链路被远程连接到网络。
网络120还可以包括各种无线子网络中的任何一种无线子网络，无线子网络还可以覆盖独立自组织网络等，以提供面向基础设施的连接。这样的子网络可以包括网状网络、无线LAN(WLAN)网络、蜂窝网络等。该网络还可以包括通过无线无线电链路或无线收发器连接的终端、网关、路由器等的自主系统。这些连接器可以被配置为自由随机地移动并且任意组织这些连接器自身，使得网络的拓扑可以快速地变化。网络120还可以采用多个标准无线和/或蜂窝协议或包括本文结合附图所描述的网络接口712和网络714所阐述的那些访问技术中的一个或多个技术。
在特定实施例中，移动设备132和/或网络资源122可以充当使能用户访问和使用车载控制系统150和/或车道变更控制模块200的客户端设备，以与车辆子系统的一个或多个部件互连。这些客户端设备132或122可以实际上包括被配置为在网络(诸如，本文所述的网络120)之上发送和接收信息的任何计算设备。这种客户端设备可以包括移动设备，诸如蜂窝电话、智能电话、平板计算机、显示寻呼机、射频(RF)设备、红外(IR)设备、全球定位设备(GPS)、个人数字助理(PDA)、手持计算机、可穿戴计算机、游戏机、组合一个或多个前述设备的集成设备等。客户端设备还可以包括其它计算设备，诸如个人计算机(PC)、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子产品、网络PC等。这样，客户端设备在功能和特征方面可以广泛地变化。例如，被配置为手机的客户端设备可以具有数字小键盘和在其上只能显示文本的几行单色LCD显示屏。在另一个示例中，支持网络的客户端可以具有触敏屏幕、手写笔和其中可以显示文本和图形两者的彩色LCD显示屏。此外，支持网络的客户端设备可以包括浏览器应用，该浏览器应用程序使能接收和发送无线应用协议消息(WAP)和/或有线应用消息等。在一个实施例中，浏览器应用被使能以采用超文本标记语言(HTML)、动态HTML、手持设备标记语言(HDML)、无线标记语言(WML)、WMLScript、JavaScriptTM、可扩展HTML(xHTML)、紧凑HTML(CHTML)等，以显示和发送具有相关信息的消息。
客户端设备还可以包括至少一个客户端应用，该客户端应用被配置为经由网络传输从另一个计算设备接收内容或消息。客户端应用可以包括提供和接收文本内容、图形内容、视频内容、音频内容、警报、消息、通知等的能力。此外，客户端设备还可以被配置为诸如通过短消息服务(SMS)、直接消息传递(例如，Twitter)、电子邮件、多媒体消息服务(MMS)、即时消息传递(IM)、互联网中继聊天(IRC)、mIRC、Jabber、增强消息传递服务(EMS)、本文消息传递、智能消息传递、空中(OTA)消息传递等在另一个计算设备之间进行通信和/或接收消息等。客户端设备还可以包括无线应用设备，客户端设备被配置为在无线应用设备上使能设备的用户经由网络无线地向网络资源发送信息并且从网络资源接收信息。
可以使用增强执行环境的安全性的系统来实现车载控制系统150和/或车道变更控制模块200，从而提高安全性并且降低车载控制系统150和/或车道变更控制模块200和相关服务可能被病毒或恶意软件破坏的可能性。例如，可以使用可信执行环境来实现车载控制系统150和/或车道变更控制模块200，这可以确保敏感数据以安全的方式被存储、处理和传达。
图7示出了以计算系统700的示例形式的机器的示意图，其中当指令集合被执行时和/或当处理逻辑被激活时，可以导致该机器执行本文描述和/或要求保护的方法中的任何一个或多个方法。在备选的实施例中，该机器作为独立设备运行，或者可以被连接(例如，联网)到其它机器。在网络部署中，机器可以在服务器-客户端网络环境中以服务器或客户端机器的身份运行，或者在点对点(或分布式)网络环境中作为对等机器运行。机器可以是个人计算机(PC)、笔记本电脑、平板计算系统、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、智能电话、网络装置、机顶盒(STB)、网络路由器、交换机或网桥、或能够执行指令集合(顺序的或以其它方式)或激活指定由该机器要执行的动作的处理逻辑的任何机器。此外，尽管仅图示了单个机器，但是术语“机器”也可以被理解为包括机器的任何集合，这些机器单独地或共同地执行指令集合(或多个指令集合)或处理逻辑以执行本文描述和/或要求保护的方法中的任何一个或多个方法。
示例计算系统700可以包括数据处理器702(例如，片上系统(SoC)、通用处理核心、图形核心以及可选地其它处理逻辑)和存储器704，数据处理器702和存储器704可以经由总线或其它数据传输系统706而彼此通信。移动计算和/或通信系统700还可以包括各种输入/输出(I/O)设备和/或接口710，诸如触屏显示器、音频插孔、语音接口以及可选地网络接口712。在示例实施例中，网络接口712可以包括一个或多个无线电收发器，该一个或多个无线电收发器被配置为与任何一个或多个标准无线和/或蜂窝协议或访问技术(例如，第二(2G)、2.5、第三(3G)、第四(4G)代、以及蜂窝系统的下一代无线接入、全球移动通信系统(GMS)、通用分组无线电业务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、宽带码分多址(WCDMA)、LTE、CDMA2000、WLAN、无线路由器(WR)网格等)兼容。网络接口712还可以被配置为与各种其它有线和/或无线通信协议一起使用，包括TCP/IP、UDP、SIP、SMS、RTP、WAP、CDMA、TDMA、UMTS、UWB、WiFi、WiMax、BluetoothTM、IEEE 802.11x等。本质上，网络接口712可以实际上包括或支持任何有线和/或无线通信和数据处理机制，通过该机制，信息/数据可以经由网络714在计算系统700与另一个计算或通信系统之间传播。
存储器704可以表示机器可读介质，在机器可读介质上存储指令、软件、固件或其它处理逻辑(例如，逻辑708)的一个或多个集合，上述一个或多个集合体现了任何本文描述和/或要求保护的方法或功能中的一个或多个方法或功能。在由移动计算和/或通信系统700执行期间，逻辑708或其一部分也可以完全地或至少部分地驻留在处理器702内。这样，存储器704和处理器702还可以构成机器可读介质。逻辑708或其一部分还可以被配置为处理逻辑或逻辑，逻辑的至少一部分被部分地以硬件实现。逻辑708或其一部分还可以经由网络接口712在网络714之上发送或接收。尽管示例实施例的机器可读介质可以是单个介质，但是术语“机器可读介质”应当被认为包括存储一个或多个指令集合的单个非暂时性介质或多个非暂时性介质(例如，集中式数据库或分布式数据库、和/或关联的缓存和计算系统)。术语“机器可读介质”也可以被认为包括能够存储、编码或承载用于由机器执行的指令集合的任何非暂时性介质，并且该指令集合导致机器执行各种实施例的方法中的任何一个或多个方法，或能够存储、编码或承载由这种指令集合利用的数据结构或与这种指令集合相关联的数据结构。因此，术语“机器可读介质”可以被认为包括但不限于固态存储器、光学介质和磁性介质。
提供本公开的摘要以允许读者快速地确定技术公开的性质。提交本文档时应理解为不会将其用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前述详细说明中可以看出，出于简化本公开的目的，在单个实施例中将各种特征分组在一起。本公开的方法不应被解释为反映了所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，所附权利要求据此被结合到详细描述中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例。

Claims (28)

1.一种用于自动车道变更控制的方法，包括：
接收与主车辆相关联的感知数据；
使用所述感知数据来确定所述主车辆的状态、以及在所述主车辆附近检测到的一个或多个接近的车辆的状态；
确定在与所述主车辆所在的车道相邻的道路车道中检测到的一个或多个接近的车辆之间的安全区域内的第一目标位置；以及
通过拟合杜宾曲线生成车道变更轨迹，以将所述主车辆引导朝向所述相邻车道中的所述第一目标位置，
其中所述曲线的特征在于包括第一参数和第二参数的参数集合，所述第一参数指定当所述曲线开始时的第一时间，所述第二参数指定当所述曲线结束时的第二时间，并且其中所述参数集合使得生成避免碰撞的所述车道变更轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定所述主车辆所在的所述车道中的第二目标位置，
其中在将所述主车辆引导朝向所述相邻车道中的所述第一目标位置之前，所述车道变更轨迹将所述主车辆引导朝向所述主车辆所在的所述车道中的所述第二目标位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述感知数据包括从由以下各项组成的组中的一种类型的传感器接收的数据：摄像头或图像捕获设备、惯性测量单元(IMU)、全球定位系统(GPS)收发器、RADAR单元和激光测距仪/LIDAR单元。
4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
确定所述安全区域，其中所述安全区域由所述相邻车道中距前方接近的车辆的第一安全距离以及距随后接近的车辆的第二安全距离界定。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述车道变更轨迹包括第一阶段轨迹，并且其中所述方法还包括：
生成用于所述主车辆的所述第一阶段轨迹，以将所述主车辆从所述主车辆的当前位置引导朝向所述相邻车道中的所述第一目标位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述杜宾曲线使用表示对所述车道变更轨迹的曲率的约束的杜宾参数的集合。
7.根据权利要求5所述的方法，其中基于拟合样条曲线或分段多项式参数曲线生成所述车道变更轨迹。
8.根据权利要求5所述的方法，其中基于拟合分段线性速度轨迹生成所述车道变更轨迹。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中用于所述主车辆的所述车道变更轨迹被输出给车辆控制子系统，使得所述主车辆遵循所述车道变更轨迹。
10.一种用于自动车道变更控制的装置，包括：
处理器；以及
存储器，包括存储在其上的指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述处理器实现根据权利要求1至9中的任一项所述的方法。
11.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质具有存储在其上的代码，当由处理器执行所述代码时，导致所述处理器实现根据权利要求1至9中的任一项所述的方法。
12.一种用于自动车道变更控制的系统，包括：
数据处理器；以及
车道变更控制模块，能够由所述数据处理器执行，所述车道变更控制模块被配置为执行用于自主车辆的车道变更轨迹规划操作，所述车道变更轨迹规划操作被配置为：
接收与主车辆相关联的感知数据；
使用所述感知数据来确定所述主车辆的状态、以及在所述主车辆附近检测到的接近的车辆的状态；
确定在与所述主车辆所在的车道相邻的道路车道中检测到的接近的车辆之间的安全区域内的第一目标位置；
确定所述主车辆所在的所述车道中的第二目标位置；以及
在将所述主车辆引导朝向所述主车辆所在的所述车道中的所述第二目标位置之后，通过拟合杜宾曲线生成车道变更轨迹，以引导所述主车辆朝向所述相邻车道中的所述第一目标位置，
其中所述曲线的特征在于包括第一参数和第二参数的参数集合，所述第一参数指定当所述曲线开始时的第一时间，所述第二参数指定当所述曲线结束时的第二时间，并且其中所述参数集合使得生成避免碰撞的所述车道变更轨迹。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述感知数据包括从由以下各项组成的组的一种类型的传感器接收的数据：摄像头或图像捕获设备、惯性测量单元(IMU)、全球定位系统(GPS)收发器、RADAR单元和激光测距仪/LIDAR单元。
14.根据权利要求12所述的系统，还被配置为确定所述安全区域，所述安全区域由所述相邻车道中距前方接近的车辆的安全距离以及距随后接近的车辆的安全距离界定。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一目标位置位于所述安全区域内的中点处。
16.根据权利要求12所述的系统，还被配置为生成用于所述主车辆的第一阶段轨迹，以将所述主车辆从所述主车辆的当前位置引导朝向位于所述主车辆所在的所述车道中的所述第二目标位置。
17.根据权利要求12所述的系统，还被配置为生成用于所述主车辆的第二阶段轨迹，以将所述主车辆从所述第二目标位置引导朝向位于与所述主车辆当前所在的所述车道相邻的所述车道中的所述安全区域中的所述第一目标位置。
18.根据权利要求12所述的系统，其中所述杜宾曲线使用表示对所述车道变更轨迹的曲率的约束的杜宾参数的集合。
19.根据权利要求12所述的系统，其中用于所述主车辆的所述车道变更轨迹被输出给车辆控制子系统，使得所述主车辆遵循所述车道变更轨迹。
20.一种用于自动车道变更控制的方法，包括：
接收与主车辆相关联的感知数据；
使用所述感知数据来确定所述主车辆的状态、以及在所述主车辆附近检测到的接近的车辆的状态；
确定在与所述主车辆所在的车道相邻的道路车道中检测到的接近的车辆之间的安全区域内的第一目标位置；
确定所述主车辆所在的所述车道中的第二目标位置；以及
在将所述主车辆引导朝向所述主车辆所在的所述车道中的所述第二目标位置之后，通过拟合杜宾曲线生成车道变更轨迹，以将所述主车辆引导朝向所述相邻车道中的所述第一目标位置，
其中所述曲线的特征在于包括第一参数和第二参数的参数集合，所述第一参数指定当所述曲线开始时的第一时间，所述第二参数指定当所述曲线结束时的第二时间，并且其中所述参数集合使得生成避免碰撞的所述车道变更轨迹。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述感知数据包括从由以下各项组成的组的一种类型的传感器接收的数据：摄像头或图像捕获设备、惯性测量单元(IMU)、全球定位系统(GPS)收发器、RADAR单元和激光测距仪/LIDAR单元。
22.根据权利要求20所述的方法，包括确定所述安全区域，所述安全区域由所述相邻车道中距前方接近的车辆的安全距离以及距随后接近的车辆的安全距离界定。
23.根据权利要求20所述的方法，包括生成用于所述主车辆的第一阶段轨迹，以将所述主车辆从所述主车辆的当前位置引导朝向位于所述主车辆所在的所述车道中的所述第二目标位置。
24.根据权利要求20所述的方法，包括生成用于所述主车辆的第二阶段轨迹，以将所述主车辆从所述第二目标位置引导朝向位于与所述主车辆当前所在的所述车道相邻的所述车道中的所述安全区域中的所述第一目标位置。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述杜宾曲线使用表示对所述车道变更轨迹的曲率的约束的杜宾参数的集合。
26.根据权利要求20所述的方法，其中用于所述主车辆的所述车道变更控制轨迹被输出给车辆控制子系统，使得所述主车辆遵循所述车道变更轨迹。
27.一种包含指令的非暂时性机器可用存储介质，当由机器执行所述指令时，使得所述机器执行以下操作：
接收与主车辆相关联的感知数据；
使用所述感知数据来确定所述主车辆的状态、以及在所述主车辆附近检测到的接近的车辆的状态；
确定在与所述主车辆所在的车道相邻的道路车道中检测到的接近的车辆之间的安全区域内的第一目标位置；
确定所述主车辆所在的所述车道中的第二目标位置；以及
在将所述主车辆引导朝向所述主车辆所在的所述车道中的所述第二目标位置之后，通过拟合杜宾曲线生成车道变更轨迹，以将所述主车辆引导朝向所述相邻车道中的所述第一目标位置，
其中所述曲线的特征在于包括第一参数和第二参数的参数集合，所述第一参数指定当所述曲线开始时的第一时间，所述第二参数指定当所述曲线结束时的第二时间，并且其中所述参数集合使得生成避免碰撞的所述车道变更轨迹。
28.根据权利要求27所述的非暂时性机器可用存储介质，其中所述杜宾曲线使用表示对所述车道变更轨迹的曲率的约束的杜宾参数的集合。
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